用於材料加工、特別是眼屈光手術的裝置的製作方法

2023-12-10 01:19:26 1

專利名稱：用於材料加工、特別是眼屈光手術的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於材料加工、特別是眼屈光手術的裝置，具有脈衝雷射射線源，用於將從雷射射線源發出的雷射射線聚焦和弓I導到有待加工的材料、如特別是眼睛上的裝置，以及具有如此控制引導裝置的計算機輔助的控制裝置，即在可控的軌道上引導雷射射線的焦點。
背景技術：
下面本發明將根據眼屈光手術、特別是根據LASIK (雷射原位角膜磨鑲術)進行描述。
LASIK是目前的眼屈光手術中廣泛建立的方法。在眼屈光手術中，用雷射射線改變眼睛的折射性能。
在LASIK中日益重要的儀器是飛秒雷射，即具有極短的脈衝長度的脈衝雷射，該脈衝長度可以位於直至幾百個飛秒的範圍中。由於這種短的脈衝長度，可以通過聚焦射線在很小的容積內產生電磁射線的極高的功率密度，以及因此產生極高的場強。飛秒雷射在LASIK中目前主要用作產生所謂的瓣切割的儀器，其中，瓣切割即為穿過角膜產生覆蓋層("瓣")的切割，覆蓋層通常通過小的邊緣部分與角膜保持連接，從而使該覆蓋層可以被翻開，從而暴露位於其下面的基質，然後用(另一個)雷射射線根據先前計算的燒蝕輪廓移除基質。在角膜重新成形之後將覆蓋層翻回並且該覆蓋層通常非常迅速地與角膜癒合。飛秒雷射越來越多地替代了角膜刀。角膜刀是一種機械裝置，具有擺動的刀片，用該刀片同樣可以實施前面描述的用於產生覆蓋層的切割。
據估計，直到目前為止，全世界有一百萬以上的此類患者用飛秒雷射進行手術。
用於前面描述的在角膜中的切割的飛秒雷射的使用也被稱作Fs-LASIK (飛秒雷射原位角膜磨鑲術)。Fs-LASIK相對於機械角膜刀的使用具有一系列的優點，比如更小的併發症風險、所需的瓣切割厚度的更高 的精確度以及更好地成形的邊緣部分。
當然，為了用Fs-LASIK達到如同用角膜刀的精密刀片所達到的切割 體的質量以及也為了實現根據切割將瓣無併發症地揭開，必須在Fs-LASIK 中非常精密地優化該方法的參數，特別是切割參數(見下文)。
所需的Fs-LASIK的精密優化的原因在於產生切割的物理學。原則上 通過小的所謂的微切割的緊密相連產生Fs-LASIK-切割，該微切割具有例 如在5um的範圍中的直徑。組織通過射線極高的局部功率密度(即高場 強)裂開並且引起了角膜組織和位於其中的微纖維的局部分離。通過整個 緊密相鄰地聚焦的脈衝最終出現組織的平面分離。所需的場強利用如今可 使用的雷射通常僅到達焦點中。其優點在於，即便在組織表面以下很深處 也可以準確地在焦點位置上進行組織分離。
上述的、需要非常靈敏地優化的方法參數特別是雷射脈衝能量、焦點 直徑、焦點距離以及對單個聚焦的脈衝在時間上和空間上的控制。
為了利用緊密相鄰的微切割通過在軌道上引導的焦點的狹小定位和 時間上順次的相連實施Fs-LASIK-切割，在現有技術中存在各種不同的方 法。同時，為了實施用於產生瓣的整體切割的時間需求也是一個標準。
現有技術公知了例如將單個射線拼接部分的焦點一個脈衝接一個脈 衝地沿螺旋狀的軌道引導以及特別也是時間上順次的焦點的成行狀的引 導，類似在常見的顯像管中的電子射線的控制。
用來針對前述的目的將雷射射線進行成形以及在空間中引導的裝置 在現有技術中公知。前述的、成行狀的焦點的光柵是廣泛使用的，因為同 時可以動用可使用的掃描技術(發射鏡及其控制裝置)。為了利用順次的 雷射射線脈衝的焦點的這種成行狀的引導產生很好的Fs-LASIK切割，例 如下面的方法參數可以是合適的
_雷射脈衝能量 luJ
-焦點直徑 〈5um
-在一行中的焦點距離 8um
一行距 12um-瓣直徑 9mm -雷射脈衝頻率 60kHz
利用這些參數可以例如在小於30秒內實現瓣切割。
然而，近來結合Fs-LASIK切割得出了一種現象，即這樣治療的患者 會產生錯覺。患者在Fs-LASIK手術之後不時地在物體的尖銳的稜角上看 見色彩分散的邊緣結構，即彩虹形式。這被稱作是"彩虹"效應。

發明內容
本發明的目的在於避免這種彩虹效應。
在眼屈光手術的使用中，本發明禾,一種裝置實現該目的，該裝置具有脈衝 的雷射射線源的裝置、用於將從雷射射線源發出的激劃t線聚焦以及弓瞎到眼睛 上的裝置，以及用於控制引導裝置的計算機輔助的控制裝置，該裝置的工作方式 為，將所引導的激鄉線的焦點弓l導到在眼睛上或眼睛內的預設的軌赴，其中， 相鄰的焦點的距離至少絕大部分是變化的。
本發明不限於在眼屈光手術中使用，而是可以普Jtt也在經常會出現所述的彩 虹效應的材料加工中使用，例如加工光學部件或類似物。
為此，本發明普遍地如此給出一種用於控制材料加工裝置的計算機禾聘的教 導，其中，該裝置具有脈衝的雷射射線源、用於將由激劃抬戔源發出的激3W 線引導和聚焦到有待加工的材料上的裝置、用於控制引導裝置的計算機輔助的控 制裝置，艮P，將激 線的焦點弓1導到材料上或材料內的預設的軌恥，其中， 在材料上或在材料內的相鄰的焦點的距離絕大部分是變化的。
本發明從如下假設出發，即所述的彩虹效應由此發生，即在常見的射線焦點 的空間位置的控制下，在加工的材料、即特別是在角膜中產生結構，其之後物理
上例如引起光柵，穿過該光柵的白色光fflil向其光譜分布中的衍射分解。換句話
說，在現有技術中，M31單個射線焦點在JI:戰定的空間定4妒生了具有等距的焦
點距離的規則結構，該結構特別可以形成二維光柵，該光柵例如在眼睛中在視網 膜上產生衍射圖像，從而使白色光的單色在觀察尖銳稜角時不再準確地重疊在一 起。
可以理解，該效應在眼屈光手術中是最不希望發生的。根據本發明，如雌擇相鄰焦點的距離，即在相鄰的材料中、特別是在角膜 中不再出現戶脫的規則結構。換句話說，根據本發鵬呲定位激鄉線的單個作 用點，艮P不再出現規則的、引起不希望的衍射現象的結構。
在以常見的方式的Fs-LASIK切割的情況下如此出現這種引起不希望的衍射
效應的規則結構，雷射射線的單個焦點基本等距地定位並且也根據翻回的瓣和整 個治療過程保留具有折射率的局部變化的規則光柵結構。
根據本發明的 的設計方案隨機改變相鄰焦點的距離。此外，可以例如為 了計算空間上順次的焦點的單個位置設置在計算中保持相同的基本距離，然後該 基本距離一個脈衝接一個脈衝地在預設的極小的極限以內變化。此外，如 擇 預設的偏差極限(g財目對於等距焦點列的偏差的極限)，即儘管焦點的不均勻的 距離仍然在結果中產生整潔的切割。例如可以將偏差極限調節到所述的計算上的
基本光柵的常量的5%至20%，其中計算上的基本光柵的光柵常量小到即使^^f 產生的焦點位置的最大可能的距離中也足以能夠進糹m續的微切割。


下面參照附圖詳細描述本發明的實施例。其中 圖1是用於眼屈光手術的裝置的示意圖2是根據在角膜中的飛秒雷射脈衝的焦點在時間上順次在角膜中控制的 軌道的實施例；以及
圖3是圖2的詳細視圖，其中，在單個焦點位置之間的規則的等距被消除。
具體實施例方式
圖1示出了作為用於眼屈光手術的這種公知的裝置的示意圖，具有用於產生 雷射脈衝的激Mf線源10，該雷射脈衝具有在飛秒範圍中的脈衝長度，其中，所 發出的脈衝用附圖標記12表示。雷射脈衝在裝置14中對準用於成形、特別是聚 焦，以及將激鄉線脈衝12'朝目郞青16的方法上引導。作為這種用於成形、聚 焦和引導射線的裝置同樣也是公知的。計算機輔助的控制裝置18控制激Mf線 源禾口用於射線鵬以鄉線弓l導的體14。例如將激^f線脈衝12'對應於箭 頭20弓l導至,於屈光治療的眼睛上。因為是離散的射線脈衝，所以可以將朝眼 睛上的引導稱為"光柵"。圖2示出了在Fs-LASIK切割中的焦點F的這種光柵的示意圖。切割的, 用R表示。該切割例如可以具有9mm的直徑。在圖2中僅在上半部分中示出了 單個的焦點F，可以設想將焦點的下半部分相應地補充。
按時,鵬的射線脈衝12'的焦點F被引導至lJ行Z中，其中，行瑕版M3！ 箭頭示出。脈衝的時間上的順次在行中從右向左或者從左向右直線延伸。如圖2 所示，出現了規則的光柵結構，其中，相鄰的焦點F在一行Z中始終具有相同的 距離Axo。行與行之間的距離Ayo也是恆定的。如前所述，要避免這種規則的光 柵結構。
為此在根據圖3所示的實施例中在一行Z中相鄰的焦點位置之間的距離Axo 發生變化。例如所示的兩個相鄰的焦點F的距離Axi大於在下一個區間中的兩個 焦點之間的距離Axw。
距離的變化不規則地在每一行中在至少大部分的焦點間距下實現。該說明 "至少大部分"是如 擇，即總體上沒有出1L^夠規則的光柵結構，該光柵結 構會以上面描述的方法產生破壞性的衍射效應。在該原貝!」下很少的幾個等距的焦 點位置不會產生不利影響。
在一行中需要變化的焦點距離Ax的一種可能性為下面的隨機方法
Axi=Ax0+a(i Axo)
△ xi+1= Ax0+a[(i+l) Axo] 例如Ax(p常量二5 Wn
a = 0. 10
I; (1+1)
在第(i-l)個焦點和第i個焦點之間 在第i個焦點和第(i+l)個焦點之間
按百分比的調節率 產生的隨機數字在0…1之間
Axo是在行Z中純計算上預設的相鄰的焦點的基本距離。鄉B離根據前面的 公式隨機地，即根據隨機結果在極限中變化。例如在焦點直徑為3 u m時計算的 基本距離Axo為5um。係數a給出了針對相鄰焦點的距離的允斧變化的柳艮。 如果a為0.10，貝瞧點距離的允斧變化為10%。因此係數a確定了焦點距離的調 節極限。值i、 (i+l)為用隨機發生器產生的在數字區間
中的隨機數字，其 針對相鄰的焦點的距離的個別情況隨機確定。參數Axo、 a、 i如jt隨擇，儘管距 離發生變化，焦點,足夠緊密地位於一起，用以產生很好的連貫的"連續的" 切割體。重要的是，焦點距離的變化導致不再會出現通過規則的光柵結構的針對各使 用產生不利影響的衍射圖像。
對以地，也可以要麼將焦點距離在列S中進行變化要麼附加於在行中的距離
變化也將焦點距離在列S中進行變化。相應地也可以如下消除在y方向上的焦點
距離的規則性
△ yi=Ay +b(i Ay。) 在第(i-l)行和第i行之間的直線距離
Ay,+1=Ayo+b[(i+l) Ay。]在第i行和第(i+l)行之間的直線距離
例如b 二 0. 15 ,節寬度
Ay = 10陶 行距
此外，單個參數具有類似於上面參照在行Z中的距離變化所描述的意義。即， 為0.15的係數b給出了針對在y方向上的距離變化的極限，這裡該極限為15%， 並且Ay。是在列S中的焦點的計算上預設的基本距離。這裡也必須如)th^擇及優 化單個參數，即在任何情況下在預設的焦點直徑和調節出的飛秒射線的脈衝能量 下都能得出很好的連貫的切割面。
然後總體上在切害淋中出現具有密度偏差的保留的剩餘粗糙度，但其足夠地 不規則用以排除不希望的衍射效應。
理論上可以想像，計算上土 31隨機發生器或類{! 3獲得的改變前面描述
的效應的焦點距離也Mil機械不穩定的射線弓l導至少部分地實現，然而^W過 程計算上i爐行控制和掌控。
權利要求
1.一種用於眼屈光手術的裝置，具有-脈衝的雷射射線源(10)，-用於將從雷射射線源中發出的雷射射線(12)聚焦和引導到眼睛(16)上的裝置(14)，-計算機輔助的控制裝置(18)，用於如此控制引導裝置(14)，即將所引導的雷射射線(12′)的焦點(F)引導到在眼睛上或在眼睛內預設的軌道(S、Z)上，其中，-相鄰的焦點(F)的距離(Δxi)至少絕大部分是變化的，以及-所述軌道是成行狀的並且在一行(Z)中相鄰的焦點(F)的距離(Δxi)隨機變化。
2. —種用於眼屈光手術的裝置，具有 -脈衝的雷射射線源(10)，-用於將從雷射射線源中發出的雷射射線(12)聚焦和引導到眼睛(16) 上的裝置(14)，-計算機輔助的控制裝置(18)，用於如此控制引導裝置(14)，即將所引 導的雷射射線(12')的焦點(F)引導到在眼睛上或在眼睛內預設的軌 道(S、 Z)上， 其中，-相鄰的焦點(F)的距離(Axi)至少絕大部分是變化的，以及 -所述軌道是成列狀的並且在一列(F)中相鄰的焦點(F)的距離(A y)隨機變化。
3. 按照權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述雷射射線源(10) 是飛秒雷射。
4. 按照權利要求1或2所述的LASIK瓣切割裝置，其特徵在於，焦點 的軌道是針對切割、特別是LASIK瓣切割計算的。
5. —種用於控制材料加工裝置的電腦程式，其中，該裝置具有 -脈衝的雷射射線源(10)，-用於將從雷射射線源中發出的雷射射線(12)引導和聚焦到待加工 的材料(10)上的裝置(14)，-計算機輔助的控制裝置(18)，用於如此控制引導裝置(14)，即將 雷射射線的焦點(F)引導到在材料上或材料內的預設的軌道上，其中，材料上或材料內的相鄰的焦點的距離至少絕大部分是變化的， 其特徵在於，-所述軌道是成行狀的並且在一行(Z)中相鄰的焦點(F)的距離(A Xj)隨機變化，或者-所述軌道是成列狀的並且在一列(F)中相鄰的焦點(F)的距離(A y)隨機變化。
全文摘要
本發明涉及一種裝置和一種電腦程式，用於材料加工、特別是利用脈衝的飛秒雷射工作的眼屈光手術，單個的焦點為了避免規則的、不希望的衍射現象如此定位光柵結構，即相鄰的焦點的距離絕大部分是變化的。
文檔編號A61F9/01GK101686874SQ200880011234
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月3日 優先權日2007年4月4日
發明者克勞斯·沃格勒, 克裡斯多夫·多尼茨基 申請人:波光股份有限公司